JP3835578B2 - ピストンリングの複合加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はピストンリングの内外周加工と切割り加工が同一位置で行えるピストンリングの複合加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来エンジンなどに使用するピストンリングは、多数の非円形リングを積層した状態で、内外周面を所定形状に加工した後、外周部の２個所を軸線方向に切割りして、径を縮小させ、切割り部を密着させた場合に、外周面が真円となるピストンリングを製作する方法が一般に採用されており、非円形リングの内外周面を加工する装置が例えば特開昭５４−２１６９１号公報や、特公平６−７５８１４号公報などで提案されている。
【０００３】
上記特開昭５４−２１６９１号公報に記載の加工装置は、積層されたピストンリング集合体が取付けられた工作軸と、ピストンリングの非円形曲線の度合に応じて径方向に変位し得る工具支持手段と、コンピュータにより制御され、かつその作動方向に前後して設置された少なくとも２以上の電気機械的ステップ駆動手段とを有していることを特徴とするもので、工作軸を介してピストンリング集合体を回転させながら、コンピュータによりステップ駆動手段を制御することにより、自由曲線により形成された非円形曲線を有するワークの内外周面を同時に精度よく加工できるように構成されている。
【０００４】
一方特公平６−７５８１４号公報に記載の数値制御旋盤は、リニアモータによりワークの接離方向に進退自在なキャリッジに、ワークを切削するための切削工具が取付けられており、上記リニアモータをコンピュータにより数値制御することにより、ピストンのようなワークのスカート外周を切削加工するようにしたもので、キャリッジの往復動を支承するガイド部に複数組の回転部材と、偏倚装置を設けて、ワークを切削加工している間に工具に生じる反力を回転部材と偏倚装置に支持するようにしたので、ガタツキやブレが全くない状態でキャリッジを往復動させることができることから、精度の高い切削加工が可能になるなどの効果を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前者公報の加工装置では、非円形素材（ワーク）の内外周面を同時に加工することは可能であるが、内外周面加工後の切割り加工は、別の場所に設置した切割り装置で行う必要がある。
このため内外周面の加工が完了したワークを内外周面加工装置より取外した後、切割り装置へ搬入して位相割出しを行う作業を再び繰返す必要があり、ワークの搬入出と段取り作業に多くの時間を必要として生産性が悪い不具合がある。
【０００６】
また内外周面の加工を完了したワークを内外周加工装置より取外した後、切割り装置へ搬入して再び位相割出しを行うため、内外周面加工時と切割り加工時で、ワークの中心にずれが生じて、精度の高い加工ができないと共に、内外周面加工装置と切割り装置を別に設置しなければならないため、広い設置スペースを必要とするなどの不具合がある。
【０００７】
一方後者公報の数値制御旋盤は、ワークの外周面のみを加工する旋盤のため、ワークの内外周面を同時に加工することができず、生産性が悪いと共に、内周と外周を別の機械で加工した場合、内外周の同心度が損なわれるなど、加工精度も悪い不具合がある。
また内外周をそれぞれ別の加工機で加工した後は、前者公報と同様に、別の切割り装置を使用して切割りを行う必要があるため、設備費が嵩んだり、設備を設置するのに多くのスペースを必要とするなど不具合もあった。
【０００８】
この発明はかかる従来の不具合を改善するためになされたもので、内外周面の加工と切割り加工が１台の装置の同一位置で行えるようにしたピストンリングの複合加工装置を提供して、生産性の向上と、設備費、設置スペース等の低減を図ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、Ｃ軸を中心に回転されるワークの内外周面を、ＮＣ装置により同期制御される外周加工手段と内周加工手段により同時に加工する内外周面加工機本体と、内外周面加工機本体により内外周面が加工されたワークをその位置で１個の回転するカッタにより複数回に分けて切割り加工する切割り加工機本体とを具備し、
上記内外周面加工機本体を、軸心をほぼ垂直にしたワークを上下方向から回転自在にクランプするワーク支持手段と、上記ワーク支持手段を介してワークを回転させるＣ軸駆動手段と、ワークの軸心と直交するＸ軸方向に移動自在に設けられ、かつ工具によりワークの外周面を加工する外周加工手段と、上記Ｘ軸と平行するＵ軸方向に移動自在に設けられ、かつ上記ワークの端部側より挿入された工具によりワークの内周面を加工する内周加工手段と、上記ワークを軸心方向へ移動させるＺ軸駆動手段とより構成し、
上記切割り加工機本体を、上記内外周面加工機本体のワーク支持手段でワークをクランプし、Ｃ軸駆動手段でワークを回転させることにより切割り位置を割り出すことができ、上記内外周面加工機本体のＺ軸駆動手段で上記ワークを軸心方向へ移動でき、Ｗ軸モータにより上記ワークの軸心と直交するＷ軸方向へＷ軸スライドを移動させることにより、Ｃ軸中心と切割り中心のずれによる切割り位置のずれを補正するＷ軸駆動手段と、上記Ｗ軸スライド上に設けられ、かつＶ軸モータによりワークの接離方向（Ｖ軸方向）へ進退自在なスピンドルヘッドと、上記スピンドルヘッドに設けられ、かつスピンドルモータにより回転されて、上記ワークを切割り加工するカッタとより構成してなることを特徴とするピストンリングの複合加工装置である。
【００１３】
上記構成により、ワークの内外周面の同時加工と、切割り加工が同一位置で可能となるため、内外周面加工時と、切割り加工時とでワークの中心がずれることがなく、これによって精度の高い加工ができると共に、内外周面の加工が完了したワークを切割り加工位置へ搬送する必要がないので、搬送時間の短縮及び搬送手段の省略化が図れるようになる。
【００１４】
また内外周面加工機と切割り加工機を別個に設置する場合に比べて、設備費や設置スペースの削減が図れると共に、内外周面の加工と切割り加工が連続して行えるため、内外周面の加工が完了した半製品を保管するための設備や、保管するための手間なども不要になる。
【００１５】
しかも１個の回転するカッタによりワークの複数箇所を切割り加工できるようにしたことから、カッタ位置を手動で複数軸方向に調整するなどの煩雑で、かつ熟練を要する困難な作業を必要としないため、段取り時間の大幅な短縮が図れると共に、試し切り加工なども必要としないため、作業能率の向上が図れるようになる。
【００１７】
内外周面加工機本体が上記構成により、内周面の切削中に発生した切粉は、下方へ落下してワーク内に停滞することがないため、切粉により加工精度が低下することがないと共に、切粉を排出する手段を別に設ける必要がないため、構成も簡単にできる。
【００１８】
また上下方向に積層されたワークを上下方向にクランプしてワークを保持するようにしたことから、ワークを横方向よりクランプする場合に比べて加圧手段を支持する加工装置本体を小型化できる上、構造も簡単となるため、装置のコストダウンが図れるようになる。
【００２０】
切割り加工機本体が上記構成により、ワーク支持手段や、Ｃ軸駆動手段、Ｚ軸駆動手段及びこれを制御するＮＣ軸が共用できるため、これらを別個に必要とする複合加工装置に比べて、加工装置の大幅な価格低減が図れると共に、切割り加工機本体側に、切割り位置を割出す割出し手段などを設ける必要がないため、切割り加工機本体を安価に構成することができる。
また１個の回転するカッタによりワークの複数箇所を切割り加工できるようにしたことから、カッタ位置を手動で複数軸方向に調整するなどの煩雑で、かつ熟練を要する困難な作業を必要としないため、段取り時間の大幅な短縮が図れると共に、試し切り加工なども必要としないため、作業能率の向上が図れるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。
図１はピストンリングの内外周面の同時加工と、内外周面の加工が完了したピストンリングの切割り加工とが同一位置で行える複合加工装置の正面図、図２は同平面図を示すもので、ベッド１ａ上に、内外周面加工機本体１と切割り加工機本体４１が設置されている。
【００２４】
上記内外周面加工機本体１は、ベッド１ａ上に設置されたコラム１ｂの前側にＺ軸駆動手段３により上下動方向（Ｚ軸方向）へ移動自在なＺ軸スライド２が設けられている。
上記Ｚ軸スライド２は、コラム１ｂの前面にＺ軸方向に布設されたリニアガイドよりなるガイドレール１ｃに支承されていて、コラム１ｂの上部に設置されたサーボモータよりなるＺ軸モータ４により上下動されるようになっている。
【００２５】
すなわち上記Ｚ軸モータ４の回転軸４ａには、図３に示すようにボールねじよりなるねじ軸５が接続されていて、このねじ軸５にＺ軸スライド２に固着されたナット部材５ａが螺合されており、Ｚ軸モータ４によりねじ軸５と正逆回転させることにより、ガイドレール１ｃに沿ってＺ軸スライド２が上下動できるようになっていると共に、Ｚ軸スライド２の上部に、一端側にカウンタウエイトが吊り下げられた索条（ともに図示せず）の他端側が結着されていて、小容量のＺ軸モータ４により上記Ｚ軸スライド２が上下動できるようになっている。
【００２６】
また上記Ｚ軸スライド２には、上下方向に離間して、上部ワーク支持手段１０と、下部ワーク支持手段１１が設けられている。
上部ワーク支持手段１０は、図４に示すように、Ｚ軸スライド２の上部に設けられた油圧シリンダ１２の下方に設けられていて、油圧シリンダ１２の上部に収容されたピストン１２ａの下方に、上部スピンドル１０ａを有している。
【００２７】
上記上部スピンドル１０ａは円筒状をなしていて、複数の軸受け１３を介して油圧シリンダ１２の下部に上下動及び回転自在に支承されていると共に、上部スピンドル１０ａの外周部に嵌合されたリング１０ｂの上面に、上記ピストン１２ａの下面側がスラスト軸受け１４を介して当接されていて、油圧シリンダ１２の油圧室１２ｂへ油圧を供給することにより、ピストン１２ａを介して上部スピンドル１０ａを下方へ加圧できるようになっている。
上記油圧シリンダ１２の中心部には、上端が油圧シリンダ１２の上面に固着された固定軸１０ｃが設けられている。
この固定軸１０ｃの下端側はピストン１２ａを貫通して上部スピンドル１０ａの中心部に達しており、下端部に設けられたばね座１０ｄ上には、スラスト軸受け１４を介して上部スピンドル１０ａを上方へ付勢する圧縮ばね１０ｅが複数設けられている。
【００２８】
また上部スピンドル１０ａの下部には、下部ワーク支持手段１１に設けられた下部クランプヘッド１１ｆの間でワーク１６をクランプする上部クランプヘッド１０ｆが設けられていると共に、上部スピンドル１０ａの外周部には、Ｃ軸駆動手段１８を構成するギヤ列１８ａの従動ギヤ１８ｂがキー止めされている。
上記Ｃ軸駆動手段１８は、図３に示すようにコラム１ｂの上部にサーボモータよりなるＣ軸モータ１９を有して、このＣ軸モータ１９は減速機２０の入力軸２０ａに接続されている。
上記入力軸２０ａには、加工時ワーク１６に回転ムラが発生しないよう回転を安定させるフライホィール２０ｂが取付けられていると共に、減速機２０の出力軸２０ｃは、スプライン軸よりなる駆動軸１８ｃの上端にスプライン係合されていて、上記Ｃ軸モータ１９により減速機２０を介して駆動軸１８ｃが正逆回転できるようになっている。
【００２９】
上記駆動軸１８ｃはワーク１６の軸心と平行するよう上下方向に回転自在に支承されていて、中間部と下端部に上部ワーク支持手段１０及び下部ワーク支持手段１１にそれぞれ設けられたギヤ列１８ａの駆動ギヤ１８ｄがスプライン係合されている。
これら駆動ギヤ１８ｄは中間ギヤ１８ｅを介して上部スピンドル１０ａの外周部及び下部スピンドル１１ａの外周部に設けられた従動ギヤ１０ｂに噛合されていて、Ｃ軸モータ１９により駆動軸１８ｃ及びギヤ列１８ａを介して上部スピンドル１０ａ及び下部スピンドル１１ａを同方向へ同期回転できるようになっている。
【００３０】
上記下部スピンドル１１ａも、上部スピンドル１０ａと同様に円筒状に形成されていて、軸受け２１を介してＺ軸スライド２側に回転自在に支承されていると共に、Ｚ軸スライド２と、下部スピンドル１１ａの外周部にキー止めされた従動ギヤ１８ｂの間にスラスト軸受け２２が介在されている。
そして上記下部スピンドル１１ａの上部に、上部スピンドル１０ａに取付けられた上部クランプヘッド１０ｆの間でワーク１６をクランプするクランプヘッド１１ｆが設けられている。
【００３１】
なお、Ｃ軸モータ１９により上部スピンドル１０ａ及び下部スピンドル１１ａを同期させて回転駆動する際、駆動軸１８ｃのスプラインやギヤ列１８ａのバックラッシュにより、上下スピンドル１０ａ，１１ａに回転ムラが発生して位相ずれが生じる。
これを防止するため、ワーク１６の加工時には、上下ギヤ列のバックラッシュを除去した状態でロックタイトなどのロック手段（図示せず）で下部スピンドル１１ａのプレート１１ｇが固定できるようになっている。
【００３２】
一方上記コラム１ｂのほぼ中間部には、ワーク１６の外周面を加工する外周加工手段２４が、そしてコモンベッド１ａ上には、ワーク１６の内周面を外周面と同時に加工する内周面加工手段２５が設置されている。
外周加工手段２４は図５に示すように、コラム１ｂに水平に固着された筒状のガイド部材２４ａ内にボールスプライン２４ｂを介して工具支持部材２４ｃがＸ軸方向に移動自在に支承されている。
【００３３】
上記工具支持部材２４ｃのワーク１６側端部には、ワーク１６の外周面を切削加工する工具２６が工具取付け部材２４ｄを介して着脱自在に取付けられていると共に、工具支持部材２４ｃの反対側の端部には、ナット部材２７ａが固着されていて、このナット部材２７ａにボールねじよりなるねじ軸２７の一端側が螺挿されている。
上記ねじ軸２７の他端側は、ブラケット２８を介してコラム１ｂに取付けられたサーボモータよりなるＸ軸モータ２９に接続されていて、このＸ軸モータ２９によりねじ軸２７を正逆回転されることにより、工具２６をワーク１６の接離方向へ移動できるようになっている。
【００３４】
またワーク１６の内周面を加工する内周加工手段２５は、図６ないし図８に示すように、ベッド１ａ上に上記Ｘ軸と平行するＵ軸方向に布設されたリニアガイドよりなるガイドレール３１上に支承されたＵ軸スライド２５ａを有している。上記Ｕ軸スライド２５ａの上部は切粉や切削液が排出されやすいように屋根形のカバー２５ｃにより覆われていると共に、Ｕ軸スライド２５ａの下部とベッド１ａの上面間には、Ｕ軸スライド２５ａをＵ軸方向へ駆動するリニアサーボモータよりなるＵ軸モータ３２が設置されている。
【００３５】
上記Ｕ軸スライド２５ａの先端側は下部スピンドル１１ａの下方に達していて、先端部にほぼ垂直に設けられたボーリングバー２５ｂの下端が固着されている。
上記ボーリングバー２５ｂの上端側は、下部スピンドル１１ａ内を通ってワーク１６内に達しており、上端部にワーク１６の内周を切削する工具３３が着脱自在に取付けられている。
【００３６】
なお図６及び図７中３４はＵ軸スライド２５ａの原点位置を検出するＵ軸原点検出手段、３５はＵ軸スライド２５ａの位置を検出するリニアスケールなどのスライド位置検出手段で、これら検出手段３４，３５により検出された信号はＺ軸モータ４、Ｃ軸モータ１９、Ｘ軸モータ２９、Ｕ軸モータ３２などをＮＣ制御するＮＣ装置５３へ入力されるようになっている。
【００３７】
以上は内外周面加工機本体１の構成であるが、次に切割り加工機本体４１の構成を図９及び図１０を参照して詳述する。
上記切割り加工機本体４１は、上記内外周面加工機本体１によって内外周面が加工されたワーク１６を、その位置で切割り加工ができるように、内外周面加工機本体１の駆動軸のうちＺ軸とＣ軸を共用していると共に、内外周面を加工したワーク１６のクランプを解放せずに切割り加工が行えるよう上部ワーク支持手段１０及び下部ワーク支持手段１１も共用している。
【００３８】
すなわち内外周面加工機本体１のコラム１ｂ前面に、図９に示すように支持部材４２が水平に固着されていて、この支持部材４２上にＷ軸駆動手段４３が設けられている。
上記Ｗ軸駆動手段４３は、支持部材４２上に前後方向（Ｗ軸方向）に布設されたリニアガイドよりなる一対のガイドレール４３ａに、Ｗ軸スライド４３ｂが摺動自在に支承されている。
【００３９】
上記ガイドレール４３ｂの間には、ガイドレール４３ｂと平行するようボールねじよりなるねじ軸４３ｃが設けられていて、このねじ軸４３ｃに上記Ｗ軸スライド４３ｂの下部に固定されたナット部材４３ｄが螺合されていると共に、上記ねじ軸４３ｃの一端側は、支持部材４２の前端に取付けられたサーボモータよりなるＷ軸モータ４８が接続されていて、このＷ軸モータ４８によりねじ軸４３ｃを正逆回転させることにより、Ｗ軸スライド４３ｂをＷ軸方向へ移動できるようになっている。
【００４０】
そして上記Ｗ軸スライド４３ｂ上には、Ｖ軸駆動手段４４により上記Ｗ軸と直交するＶ軸方向へ移動自在なスピンドルヘッド４５が設けられている。
上記Ｖ軸駆動手段４４は、Ｗ軸スライド４３ｂ上に立設された支持板４３ｅの側面に、上下に離間し、かつＶ軸方向に平行するよう一対のリニアガイドよりなるガイドレール４４ａが布設されていて、これらガイドレール４４ａに上記スピンドルヘッド４５がＶ軸方向へ移動自在に支承されている。
【００４１】
上記ガイドール４４ａの間には、ボールねじよりなるねじ軸４４ｂがガイドレール４４ａと平行するよう設けられていて、このねじ軸４４ｂにスピンドルヘッド４５に固着されたナット部材４４ｃが螺合されていると共に、ねじ軸４４ｂの一端側は、上記Ｗ軸スライド４３ｂの上部に設置されたサーボモータよりなるＶ軸モータ４６が無端ベルト４４ｄを介して接続されていて、このＶモータ４６によりねじ軸４４ｂを正逆回転させることにより、スピンドルヘッド４５をＶ軸方向へ移動できるようになっている。
上記スピンドルヘッド４５の先端側は上下部ワーク支持手段１０，１１の間に支持されたワーク１６方向へ突設されていて、先端部は２路に分岐され、分岐部４５ａ，４５ｂの一方４５ａは、カッタ４７の脱着を容易にするため、他方４５ｂに対して着脱自在になっていると共に、これら分岐部４５ａ，４５ｂの中心間には、Ｗ軸と平行するようスピンドル４５ｃが回転自在に支承されている。
上記スピンドル４５ｃの中間部には、メタルソーよりなるカッタ４７が回転自在に取付けられていると共に、スピンドル４５ｃの一端側は図１０に示すように、スピンドルヘッド４５の基端側に取付けられたインバータ制御の汎用モータよりなるスピンドルモータ５０の回転軸５０ａに、ギヤ列などの動力伝達手段４９を介して接続されていて、このスピンドルモータ５０によりスピンドル４６ｃを介してカッタ４７が回転されるようになっている。
【００４２】
なお図５及び図９中５２は切削中の工具２６やカッタ４８に切削液（クーラント）を噴出するクーラントノズルを示す。
また図２中５４はチップコンベヤ、５５はクーラントタンクを示す。
【００４３】
次に上記構成された複合加工装置によりピストンリングよりなるワーク１６を加工する作用を説明する。
ピストンリングよりなるワーク１６は図１０に示すように、外周と内周の非円形曲線の形状が異なるため、外周加工手段２４、内周加工手段２５をＮＣ装置５３により別個にＮＣ制御する必要がある。
【００４４】
またワーク１６をＣ軸モータ１９により回転させて、ワーク１６の内外周を同時に加工するため、Ｃ軸モータ１９の回転に同期させてＸ軸モータ２９、Ｕ軸モータ３２、Ｚ軸モータ４をＮＣ制御する必要があり、通常の加工サイクルでは、移動データの処理に時間がかかって加工が困難である。
そこでこの実施の形態では、ＮＣ機能の高速サイクル加工かＤＮＣ運転を選択して加工を行う。
【００４５】
またＮＣ機能の高速サイクル加工で加工を行う場合、基本処理時間当りの移動量に換算したデータとそのサイクルの繰返し回数等をＮＣの高速加工データ領域やヘッダ部に登録して、加工メインプログラムにより高速サイクル加工を行うようにする。
加工に当っては複数のピストンリングを位相を揃えて積層することにより円筒状のワーク１６を形成し、図示しないハンドキャリヤ治具により上下方向よりクランプして、その状態を保持したまま正面より内外周面加工機本体１へ搬入し、上部スピンドル１０ａ及び下部スピンドル１１ａのクランプヘッド１０ｆ，１１ｆの間にセットする。
【００４６】
そしてこの状態で油圧シリンダ１２の油圧室１２ｂに油圧を供給して、ピストン１２ａとともに上部スピンドル１０ａを下降させ、上部スピンドル１０ａのクランプヘッド１０ｆと、下部スピンドル１１ａのクランプヘッド１１ｆの間で、ワーク１６の中心線が上下スピンドル１０ａ，１１ａの中心と一致するようにクランプする。
【００４７】
次にこの状態でワーク１６の位相割出しをしたら、Ｃ軸モータ１９によりＣ軸駆動手段１８を介して上下スピンドル１０ａ，１１ａを同期回転させて、ワーク１６を回転させると共に、外周加工手段２４に設けた工具２６をワーク１６の例えば下端側よりワーク１６の外周面を切削加工し、同時に内周加工手段２５の工具３３によりワーク１６の内周面を下端側より切削加工する。
【００４８】
またワーク１６の内外周面は、異なる自由曲線により形成されているため、Ｃ軸の回転に同期させてＸ軸モータ２９及びＵ軸モータ３２を別個にＮＣ制御してワーク１６の内外周面を加工すると共に、加工の進行とともにＺ軸モータ４によりＺ軸スライド２を下降させて、ワーク１６の全長に亘って内外周を同時に切削加工するもので、ワーク１６の内周加工中に発生した切粉は下部スピンドル１１ａ内を通って下方へ落下するため、切粉がワーク１６内に停滞することがなく、これによって切粉により加工面が損傷されたり、ワーク１６と工具３３の間に切粉が噛み込んで、工具が破損したり、工具寿命が早期に低下することがないと共に、これらの原因で加工精度が低下するなどの心配もない。
【００４９】
以上のようにしてワーク１６の内外周面の加工が完了したら、Ｕ軸モータ２９及びＵ軸モータ３２によりＸ軸スライド２及びＵ軸スライド２５ａを元の位置まで後退させ、またＺ軸モータ４によりＺ軸スライド２を元の位置まで上昇させた後、ワーク１６のクランプを解放せずにその位置で切割り加工機本体４１によりワーク１６の切割り加工を行う。
切割り加工に当っては、まずワーク１６の切割り位置をＣ軸モータ１９によりワーク１６を回転させて割り出すが、ワーク１６の回転中心（Ｃ軸Ｏ2 ）を切割り中心Ｏ1 としてワーク１６を切割りすると、カッタの厚みｔによって切割りの完了したワーク１６の径を縮小して切割り面を当接させても、図１２の（イ）に示すように突き合せ面に口開きが発生して、図１２の（ロ）に示すような所期のピストンリングが得られない。
【００５０】
これを防止するためには、Ｃ軸中心Ｏ2 に対して切割り中心Ｏ1 をεだけずらして切割り加工する必要がある。
そこでこの発明の実施の形態では、Ｃ軸中心Ｏ2 に対して切割り中心Ｏ1 をεだけずらした分、カッタ４７をＷ軸方向へ±δ°だけ移動させてワーク１６の切割り加工を行うようにしたもので、これによって得られたワーク１６の切割り面を突き合せた場合に、図１２の（ロ）に示すように突き合せ面に口開きが発生することのないピストンリングが得られるようになる。
【００５１】
次にその方法を説明すると、ワーク１６の内外周面の加工が完了すると、ＮＣ装置からの指令によりＣ軸モータ１９によりＣ軸Ｏ2 を中心にワーク１６が回転されて、はじめの切割り位置（＋α／２°＋δ°）が割り出されると共に、Ｗ軸モータ４８によりねじ軸４３ｃが回転されて、Ｗ軸スライド４３ｂがＷ軸方向へ＋δ°分だけ移動され、はじめの切割り位置にカッタ４７がセットされる。
【００５２】
次にスピンドルモータ５０によりカッタ４７が回転されながら、Ｖ軸モータ４６によりねじ軸４４ｂが回転されて、スピンドルヘッド４５が図１０に示す位置まで前進され、この状態でＺ軸モータ４によりＺ軸スライド２がＺ軸方向へ下降されて、回転するカッタ４７によりワーク１６の下端側より上端側へ順次切割り加工が開始される。
【００５３】
そしてカッタ４７がワーク１６の上端付近に達して、ワーク１６のはじめの切割り位置の切割り加工が終了すると、Ｖ軸モータ４６によりねじ軸４４ｂが逆転されてスピンドルヘッド４５が元の位置まで後退されると共に、Ｚ軸モータ４によりＺ軸スライド２も元の位置まで上昇される。
【００５４】
そしてこの状態で、Ｃ軸モータ１９によりＣ軸Ｏ2 を中心にワーク１６が回転されて、次の切割り位置（−α／２°＋δ°）が割り出されると共に、Ｗ軸モータ４８によりねじ軸４３ｃが逆転されて、Ｗ軸スライド４３ｂがＷ軸方向へ−δ°分だけ移動され、次の切割り位置にカッタ４７がセットされる。
【００５５】
そしてはじめの切割り加工と同様にスピンドルモータ５０によりカッタ４７が回転されながら、Ｖ軸モータ４６によりねじ軸４４ｂが回転されて、スピンドルヘッド４５が図１０に示す位置まで前進され、この状態でＺ軸モータ４によりＺ軸スライド２がＺ軸方向へ下降されて、回転するカッタ４７によりワーク１６の下端側より上端側へ順次切割り加工が開始される。
【００５６】
そしてカッタ４７がワーク１６の上端付近に達して、ワーク１６の次の切割り位置の切割り加工が終了すると、Ｖ軸モータ４６によりねじ軸４４ｂが逆転されてスピンドルヘッド４５が元の位置まで後退されると共に、Ｚ軸モータ４によりＺ軸スライド２も元の位置まで上昇される。
【００５７】
また内外周面加工機本体１及び切割り加工機本体４１の前方にワーク搬入出手段を設置することにより、ワーク１６の搬入から、ワーク内外周面の加工、ワーク１６の切割り加工及び切割りの完了したワーク１６の搬出を全て自動で行えるようになるため、生産性の大幅な向上が図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態になるピストンリングの複合加工装置を示す正面図である。
【図２】この発明の実施の形態になる複合加工装置の平面図である。
【図３】この発明の実施の形態になる複合加工装置のＣ軸及びＺ軸駆動手段の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態になる複合加工装置のワーク支持手段の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態になる内外周面加工機本体の外周加工手段の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態になる内外周面加工機本体の内周加工手段の側面図である。
【図７】この発明の実施の形態になる内外周面加工機本体の内周加工手段の平面図である。
【図８】図６のＡ方向からの矢視図である。
【図９】この発明の実施の形態になる切割り加工機本体の側面図である。
【図１０】この発明の実施の形態になる切割り加工機本体の平面図である。
【図１１】Ｃ軸中心と切割り中心を一致させて切割り加工する場合と、Ｃ軸中心に対して切割り中心をずらして切割り加工する場合の作用を示す説明図である。
【図１２】（イ）Ｃ軸中心と切割り中心を一致させて切割りしたワークの説明図である。
（ロ）Ｃ軸中心に対して切割り中心をずらして切割りしたワークの説明図である。
【符号の説明】
１…内外周面加工機本体
１ａ…ヘッド
１ｂ…コラム
１ｃ…ガイドレール
２…Ｚ軸スライド
３…Ｚ軸駆動手段
４…Ｚ軸モータ
５…ねじ軸
１０…上部ワーク支持手段
１０ａ…上部スピンドル
１０ｂ…リング
１０ｃ…固定軸
１０ｄ…ばね座
１０ｅ…圧縮ばね
１０ｆ…上部クランプヘッド
１１…下部ワーク支持手段
１１ａ…下部スピンドル
１１ｆ…下部クランプヘッド
１１ｇ…リング
１２…油圧シリンダ
１２ａ…ピストン
１２ｂ…油圧室
１３…軸受け
１４…スラスト軸受け
１６…ワーク
１８…Ｃ軸駆動手段
１８ａ…ギヤ列
１８ｂ…従動ギヤ
１８ｃ…駆動軸
１８ｄ…駆動ギヤ
１８ｅ…中間ギヤ
１９…Ｃ軸モータ
２０…減速機
２０ａ…入力軸
２０ｂ…フライホイール
２０ｃ…出力軸
２１…軸受け
２２…スラスト軸受け
２４…外周加工手段
２４ａ…ガイド部材
２４ｂ…ボールスプライン
２４ｃ…工具支持部材
２５…内周加工手段
２５ａ…Ｕ軸スライド
２５ｂ…ボーリングバー
２６…工具
２７…ねじ軸
２４ａ…ナット部材
２８…ブラケット
２９…Ｘ軸モータ
３１…ガイドレール
３２…Ｕ軸モータ
３３…工具
３４…Ｕ軸原点検出手段
３５…スライド位置検出手段
４１…切割り加工機本体
４２…支持部材
４３…Ｗ軸駆動手段
４３ａ…Ｗ軸スライド
４３ｂ…ガイドレール
４３ｃ…ねじ軸
４３ｄ…ナット部材
４３ｅ…支持板
４４…Ｖ軸駆動手段
４４ａ…ガイドレール
４４ｂ…ねじ軸
４３ｃ…ナット部材
４５…スピンドルヘッド
４５ａ，ｂ…分岐点
４５ｃ…スピンドル
４６…Ｖ軸モータ
４７…カッタ
４９…動力伝達手段
５０…スピンドルモータ
５０ａ…回転軸
５２…クーラントノズル
５４…チップコンベヤ
５５…クーラントタンク
【発明の属する技術分野】
この発明はピストンリングの内外周加工と切割り加工が同一位置で行えるピストンリングの複合加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来エンジンなどに使用するピストンリングは、多数の非円形リングを積層した状態で、内外周面を所定形状に加工した後、外周部の２個所を軸線方向に切割りして、径を縮小させ、切割り部を密着させた場合に、外周面が真円となるピストンリングを製作する方法が一般に採用されており、非円形リングの内外周面を加工する装置が例えば特開昭５４−２１６９１号公報や、特公平６−７５８１４号公報などで提案されている。
【０００３】
上記特開昭５４−２１６９１号公報に記載の加工装置は、積層されたピストンリング集合体が取付けられた工作軸と、ピストンリングの非円形曲線の度合に応じて径方向に変位し得る工具支持手段と、コンピュータにより制御され、かつその作動方向に前後して設置された少なくとも２以上の電気機械的ステップ駆動手段とを有していることを特徴とするもので、工作軸を介してピストンリング集合体を回転させながら、コンピュータによりステップ駆動手段を制御することにより、自由曲線により形成された非円形曲線を有するワークの内外周面を同時に精度よく加工できるように構成されている。
【０００４】
一方特公平６−７５８１４号公報に記載の数値制御旋盤は、リニアモータによりワークの接離方向に進退自在なキャリッジに、ワークを切削するための切削工具が取付けられており、上記リニアモータをコンピュータにより数値制御することにより、ピストンのようなワークのスカート外周を切削加工するようにしたもので、キャリッジの往復動を支承するガイド部に複数組の回転部材と、偏倚装置を設けて、ワークを切削加工している間に工具に生じる反力を回転部材と偏倚装置に支持するようにしたので、ガタツキやブレが全くない状態でキャリッジを往復動させることができることから、精度の高い切削加工が可能になるなどの効果を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前者公報の加工装置では、非円形素材（ワーク）の内外周面を同時に加工することは可能であるが、内外周面加工後の切割り加工は、別の場所に設置した切割り装置で行う必要がある。
このため内外周面の加工が完了したワークを内外周面加工装置より取外した後、切割り装置へ搬入して位相割出しを行う作業を再び繰返す必要があり、ワークの搬入出と段取り作業に多くの時間を必要として生産性が悪い不具合がある。
【０００６】
また内外周面の加工を完了したワークを内外周加工装置より取外した後、切割り装置へ搬入して再び位相割出しを行うため、内外周面加工時と切割り加工時で、ワークの中心にずれが生じて、精度の高い加工ができないと共に、内外周面加工装置と切割り装置を別に設置しなければならないため、広い設置スペースを必要とするなどの不具合がある。
【０００７】
一方後者公報の数値制御旋盤は、ワークの外周面のみを加工する旋盤のため、ワークの内外周面を同時に加工することができず、生産性が悪いと共に、内周と外周を別の機械で加工した場合、内外周の同心度が損なわれるなど、加工精度も悪い不具合がある。
また内外周をそれぞれ別の加工機で加工した後は、前者公報と同様に、別の切割り装置を使用して切割りを行う必要があるため、設備費が嵩んだり、設備を設置するのに多くのスペースを必要とするなど不具合もあった。
【０００８】
この発明はかかる従来の不具合を改善するためになされたもので、内外周面の加工と切割り加工が１台の装置の同一位置で行えるようにしたピストンリングの複合加工装置を提供して、生産性の向上と、設備費、設置スペース等の低減を図ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、Ｃ軸を中心に回転されるワークの内外周面を、ＮＣ装置により同期制御される外周加工手段と内周加工手段により同時に加工する内外周面加工機本体と、内外周面加工機本体により内外周面が加工されたワークをその位置で１個の回転するカッタにより複数回に分けて切割り加工する切割り加工機本体とを具備し、
上記内外周面加工機本体を、軸心をほぼ垂直にしたワークを上下方向から回転自在にクランプするワーク支持手段と、上記ワーク支持手段を介してワークを回転させるＣ軸駆動手段と、ワークの軸心と直交するＸ軸方向に移動自在に設けられ、かつ工具によりワークの外周面を加工する外周加工手段と、上記Ｘ軸と平行するＵ軸方向に移動自在に設けられ、かつ上記ワークの端部側より挿入された工具によりワークの内周面を加工する内周加工手段と、上記ワークを軸心方向へ移動させるＺ軸駆動手段とより構成し、
上記切割り加工機本体を、上記内外周面加工機本体のワーク支持手段でワークをクランプし、Ｃ軸駆動手段でワークを回転させることにより切割り位置を割り出すことができ、上記内外周面加工機本体のＺ軸駆動手段で上記ワークを軸心方向へ移動でき、Ｗ軸モータにより上記ワークの軸心と直交するＷ軸方向へＷ軸スライドを移動させることにより、Ｃ軸中心と切割り中心のずれによる切割り位置のずれを補正するＷ軸駆動手段と、上記Ｗ軸スライド上に設けられ、かつＶ軸モータによりワークの接離方向（Ｖ軸方向）へ進退自在なスピンドルヘッドと、上記スピンドルヘッドに設けられ、かつスピンドルモータにより回転されて、上記ワークを切割り加工するカッタとより構成してなることを特徴とするピストンリングの複合加工装置である。
【００１３】
上記構成により、ワークの内外周面の同時加工と、切割り加工が同一位置で可能となるため、内外周面加工時と、切割り加工時とでワークの中心がずれることがなく、これによって精度の高い加工ができると共に、内外周面の加工が完了したワークを切割り加工位置へ搬送する必要がないので、搬送時間の短縮及び搬送手段の省略化が図れるようになる。
【００１４】
また内外周面加工機と切割り加工機を別個に設置する場合に比べて、設備費や設置スペースの削減が図れると共に、内外周面の加工と切割り加工が連続して行えるため、内外周面の加工が完了した半製品を保管するための設備や、保管するための手間なども不要になる。
【００１５】
しかも１個の回転するカッタによりワークの複数箇所を切割り加工できるようにしたことから、カッタ位置を手動で複数軸方向に調整するなどの煩雑で、かつ熟練を要する困難な作業を必要としないため、段取り時間の大幅な短縮が図れると共に、試し切り加工なども必要としないため、作業能率の向上が図れるようになる。
【００１７】
内外周面加工機本体が上記構成により、内周面の切削中に発生した切粉は、下方へ落下してワーク内に停滞することがないため、切粉により加工精度が低下することがないと共に、切粉を排出する手段を別に設ける必要がないため、構成も簡単にできる。
【００１８】
また上下方向に積層されたワークを上下方向にクランプしてワークを保持するようにしたことから、ワークを横方向よりクランプする場合に比べて加圧手段を支持する加工装置本体を小型化できる上、構造も簡単となるため、装置のコストダウンが図れるようになる。
【００２０】
切割り加工機本体が上記構成により、ワーク支持手段や、Ｃ軸駆動手段、Ｚ軸駆動手段及びこれを制御するＮＣ軸が共用できるため、これらを別個に必要とする複合加工装置に比べて、加工装置の大幅な価格低減が図れると共に、切割り加工機本体側に、切割り位置を割出す割出し手段などを設ける必要がないため、切割り加工機本体を安価に構成することができる。
また１個の回転するカッタによりワークの複数箇所を切割り加工できるようにしたことから、カッタ位置を手動で複数軸方向に調整するなどの煩雑で、かつ熟練を要する困難な作業を必要としないため、段取り時間の大幅な短縮が図れると共に、試し切り加工なども必要としないため、作業能率の向上が図れるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。
図１はピストンリングの内外周面の同時加工と、内外周面の加工が完了したピストンリングの切割り加工とが同一位置で行える複合加工装置の正面図、図２は同平面図を示すもので、ベッド１ａ上に、内外周面加工機本体１と切割り加工機本体４１が設置されている。
【００２４】
上記内外周面加工機本体１は、ベッド１ａ上に設置されたコラム１ｂの前側にＺ軸駆動手段３により上下動方向（Ｚ軸方向）へ移動自在なＺ軸スライド２が設けられている。
上記Ｚ軸スライド２は、コラム１ｂの前面にＺ軸方向に布設されたリニアガイドよりなるガイドレール１ｃに支承されていて、コラム１ｂの上部に設置されたサーボモータよりなるＺ軸モータ４により上下動されるようになっている。
【００２５】
すなわち上記Ｚ軸モータ４の回転軸４ａには、図３に示すようにボールねじよりなるねじ軸５が接続されていて、このねじ軸５にＺ軸スライド２に固着されたナット部材５ａが螺合されており、Ｚ軸モータ４によりねじ軸５と正逆回転させることにより、ガイドレール１ｃに沿ってＺ軸スライド２が上下動できるようになっていると共に、Ｚ軸スライド２の上部に、一端側にカウンタウエイトが吊り下げられた索条（ともに図示せず）の他端側が結着されていて、小容量のＺ軸モータ４により上記Ｚ軸スライド２が上下動できるようになっている。
【００２６】
また上記Ｚ軸スライド２には、上下方向に離間して、上部ワーク支持手段１０と、下部ワーク支持手段１１が設けられている。
上部ワーク支持手段１０は、図４に示すように、Ｚ軸スライド２の上部に設けられた油圧シリンダ１２の下方に設けられていて、油圧シリンダ１２の上部に収容されたピストン１２ａの下方に、上部スピンドル１０ａを有している。
【００２７】
上記上部スピンドル１０ａは円筒状をなしていて、複数の軸受け１３を介して油圧シリンダ１２の下部に上下動及び回転自在に支承されていると共に、上部スピンドル１０ａの外周部に嵌合されたリング１０ｂの上面に、上記ピストン１２ａの下面側がスラスト軸受け１４を介して当接されていて、油圧シリンダ１２の油圧室１２ｂへ油圧を供給することにより、ピストン１２ａを介して上部スピンドル１０ａを下方へ加圧できるようになっている。
上記油圧シリンダ１２の中心部には、上端が油圧シリンダ１２の上面に固着された固定軸１０ｃが設けられている。
この固定軸１０ｃの下端側はピストン１２ａを貫通して上部スピンドル１０ａの中心部に達しており、下端部に設けられたばね座１０ｄ上には、スラスト軸受け１４を介して上部スピンドル１０ａを上方へ付勢する圧縮ばね１０ｅが複数設けられている。
【００２８】
また上部スピンドル１０ａの下部には、下部ワーク支持手段１１に設けられた下部クランプヘッド１１ｆの間でワーク１６をクランプする上部クランプヘッド１０ｆが設けられていると共に、上部スピンドル１０ａの外周部には、Ｃ軸駆動手段１８を構成するギヤ列１８ａの従動ギヤ１８ｂがキー止めされている。
上記Ｃ軸駆動手段１８は、図３に示すようにコラム１ｂの上部にサーボモータよりなるＣ軸モータ１９を有して、このＣ軸モータ１９は減速機２０の入力軸２０ａに接続されている。
上記入力軸２０ａには、加工時ワーク１６に回転ムラが発生しないよう回転を安定させるフライホィール２０ｂが取付けられていると共に、減速機２０の出力軸２０ｃは、スプライン軸よりなる駆動軸１８ｃの上端にスプライン係合されていて、上記Ｃ軸モータ１９により減速機２０を介して駆動軸１８ｃが正逆回転できるようになっている。
【００２９】
上記駆動軸１８ｃはワーク１６の軸心と平行するよう上下方向に回転自在に支承されていて、中間部と下端部に上部ワーク支持手段１０及び下部ワーク支持手段１１にそれぞれ設けられたギヤ列１８ａの駆動ギヤ１８ｄがスプライン係合されている。
これら駆動ギヤ１８ｄは中間ギヤ１８ｅを介して上部スピンドル１０ａの外周部及び下部スピンドル１１ａの外周部に設けられた従動ギヤ１０ｂに噛合されていて、Ｃ軸モータ１９により駆動軸１８ｃ及びギヤ列１８ａを介して上部スピンドル１０ａ及び下部スピンドル１１ａを同方向へ同期回転できるようになっている。
【００３０】
上記下部スピンドル１１ａも、上部スピンドル１０ａと同様に円筒状に形成されていて、軸受け２１を介してＺ軸スライド２側に回転自在に支承されていると共に、Ｚ軸スライド２と、下部スピンドル１１ａの外周部にキー止めされた従動ギヤ１８ｂの間にスラスト軸受け２２が介在されている。
そして上記下部スピンドル１１ａの上部に、上部スピンドル１０ａに取付けられた上部クランプヘッド１０ｆの間でワーク１６をクランプするクランプヘッド１１ｆが設けられている。
【００３１】
なお、Ｃ軸モータ１９により上部スピンドル１０ａ及び下部スピンドル１１ａを同期させて回転駆動する際、駆動軸１８ｃのスプラインやギヤ列１８ａのバックラッシュにより、上下スピンドル１０ａ，１１ａに回転ムラが発生して位相ずれが生じる。
これを防止するため、ワーク１６の加工時には、上下ギヤ列のバックラッシュを除去した状態でロックタイトなどのロック手段（図示せず）で下部スピンドル１１ａのプレート１１ｇが固定できるようになっている。
【００３２】
一方上記コラム１ｂのほぼ中間部には、ワーク１６の外周面を加工する外周加工手段２４が、そしてコモンベッド１ａ上には、ワーク１６の内周面を外周面と同時に加工する内周面加工手段２５が設置されている。
外周加工手段２４は図５に示すように、コラム１ｂに水平に固着された筒状のガイド部材２４ａ内にボールスプライン２４ｂを介して工具支持部材２４ｃがＸ軸方向に移動自在に支承されている。
【００３３】
上記工具支持部材２４ｃのワーク１６側端部には、ワーク１６の外周面を切削加工する工具２６が工具取付け部材２４ｄを介して着脱自在に取付けられていると共に、工具支持部材２４ｃの反対側の端部には、ナット部材２７ａが固着されていて、このナット部材２７ａにボールねじよりなるねじ軸２７の一端側が螺挿されている。
上記ねじ軸２７の他端側は、ブラケット２８を介してコラム１ｂに取付けられたサーボモータよりなるＸ軸モータ２９に接続されていて、このＸ軸モータ２９によりねじ軸２７を正逆回転されることにより、工具２６をワーク１６の接離方向へ移動できるようになっている。
【００３４】
またワーク１６の内周面を加工する内周加工手段２５は、図６ないし図８に示すように、ベッド１ａ上に上記Ｘ軸と平行するＵ軸方向に布設されたリニアガイドよりなるガイドレール３１上に支承されたＵ軸スライド２５ａを有している。上記Ｕ軸スライド２５ａの上部は切粉や切削液が排出されやすいように屋根形のカバー２５ｃにより覆われていると共に、Ｕ軸スライド２５ａの下部とベッド１ａの上面間には、Ｕ軸スライド２５ａをＵ軸方向へ駆動するリニアサーボモータよりなるＵ軸モータ３２が設置されている。
【００３５】
上記Ｕ軸スライド２５ａの先端側は下部スピンドル１１ａの下方に達していて、先端部にほぼ垂直に設けられたボーリングバー２５ｂの下端が固着されている。
上記ボーリングバー２５ｂの上端側は、下部スピンドル１１ａ内を通ってワーク１６内に達しており、上端部にワーク１６の内周を切削する工具３３が着脱自在に取付けられている。
【００３６】
なお図６及び図７中３４はＵ軸スライド２５ａの原点位置を検出するＵ軸原点検出手段、３５はＵ軸スライド２５ａの位置を検出するリニアスケールなどのスライド位置検出手段で、これら検出手段３４，３５により検出された信号はＺ軸モータ４、Ｃ軸モータ１９、Ｘ軸モータ２９、Ｕ軸モータ３２などをＮＣ制御するＮＣ装置５３へ入力されるようになっている。
【００３７】
以上は内外周面加工機本体１の構成であるが、次に切割り加工機本体４１の構成を図９及び図１０を参照して詳述する。
上記切割り加工機本体４１は、上記内外周面加工機本体１によって内外周面が加工されたワーク１６を、その位置で切割り加工ができるように、内外周面加工機本体１の駆動軸のうちＺ軸とＣ軸を共用していると共に、内外周面を加工したワーク１６のクランプを解放せずに切割り加工が行えるよう上部ワーク支持手段１０及び下部ワーク支持手段１１も共用している。
【００３８】
すなわち内外周面加工機本体１のコラム１ｂ前面に、図９に示すように支持部材４２が水平に固着されていて、この支持部材４２上にＷ軸駆動手段４３が設けられている。
上記Ｗ軸駆動手段４３は、支持部材４２上に前後方向（Ｗ軸方向）に布設されたリニアガイドよりなる一対のガイドレール４３ａに、Ｗ軸スライド４３ｂが摺動自在に支承されている。
【００３９】
上記ガイドレール４３ｂの間には、ガイドレール４３ｂと平行するようボールねじよりなるねじ軸４３ｃが設けられていて、このねじ軸４３ｃに上記Ｗ軸スライド４３ｂの下部に固定されたナット部材４３ｄが螺合されていると共に、上記ねじ軸４３ｃの一端側は、支持部材４２の前端に取付けられたサーボモータよりなるＷ軸モータ４８が接続されていて、このＷ軸モータ４８によりねじ軸４３ｃを正逆回転させることにより、Ｗ軸スライド４３ｂをＷ軸方向へ移動できるようになっている。
【００４０】
そして上記Ｗ軸スライド４３ｂ上には、Ｖ軸駆動手段４４により上記Ｗ軸と直交するＶ軸方向へ移動自在なスピンドルヘッド４５が設けられている。
上記Ｖ軸駆動手段４４は、Ｗ軸スライド４３ｂ上に立設された支持板４３ｅの側面に、上下に離間し、かつＶ軸方向に平行するよう一対のリニアガイドよりなるガイドレール４４ａが布設されていて、これらガイドレール４４ａに上記スピンドルヘッド４５がＶ軸方向へ移動自在に支承されている。
【００４１】
上記ガイドール４４ａの間には、ボールねじよりなるねじ軸４４ｂがガイドレール４４ａと平行するよう設けられていて、このねじ軸４４ｂにスピンドルヘッド４５に固着されたナット部材４４ｃが螺合されていると共に、ねじ軸４４ｂの一端側は、上記Ｗ軸スライド４３ｂの上部に設置されたサーボモータよりなるＶ軸モータ４６が無端ベルト４４ｄを介して接続されていて、このＶモータ４６によりねじ軸４４ｂを正逆回転させることにより、スピンドルヘッド４５をＶ軸方向へ移動できるようになっている。
上記スピンドルヘッド４５の先端側は上下部ワーク支持手段１０，１１の間に支持されたワーク１６方向へ突設されていて、先端部は２路に分岐され、分岐部４５ａ，４５ｂの一方４５ａは、カッタ４７の脱着を容易にするため、他方４５ｂに対して着脱自在になっていると共に、これら分岐部４５ａ，４５ｂの中心間には、Ｗ軸と平行するようスピンドル４５ｃが回転自在に支承されている。
上記スピンドル４５ｃの中間部には、メタルソーよりなるカッタ４７が回転自在に取付けられていると共に、スピンドル４５ｃの一端側は図１０に示すように、スピンドルヘッド４５の基端側に取付けられたインバータ制御の汎用モータよりなるスピンドルモータ５０の回転軸５０ａに、ギヤ列などの動力伝達手段４９を介して接続されていて、このスピンドルモータ５０によりスピンドル４６ｃを介してカッタ４７が回転されるようになっている。
【００４２】
なお図５及び図９中５２は切削中の工具２６やカッタ４８に切削液（クーラント）を噴出するクーラントノズルを示す。
また図２中５４はチップコンベヤ、５５はクーラントタンクを示す。
【００４３】
次に上記構成された複合加工装置によりピストンリングよりなるワーク１６を加工する作用を説明する。
ピストンリングよりなるワーク１６は図１０に示すように、外周と内周の非円形曲線の形状が異なるため、外周加工手段２４、内周加工手段２５をＮＣ装置５３により別個にＮＣ制御する必要がある。
【００４４】
またワーク１６をＣ軸モータ１９により回転させて、ワーク１６の内外周を同時に加工するため、Ｃ軸モータ１９の回転に同期させてＸ軸モータ２９、Ｕ軸モータ３２、Ｚ軸モータ４をＮＣ制御する必要があり、通常の加工サイクルでは、移動データの処理に時間がかかって加工が困難である。
そこでこの実施の形態では、ＮＣ機能の高速サイクル加工かＤＮＣ運転を選択して加工を行う。
【００４５】
またＮＣ機能の高速サイクル加工で加工を行う場合、基本処理時間当りの移動量に換算したデータとそのサイクルの繰返し回数等をＮＣの高速加工データ領域やヘッダ部に登録して、加工メインプログラムにより高速サイクル加工を行うようにする。
加工に当っては複数のピストンリングを位相を揃えて積層することにより円筒状のワーク１６を形成し、図示しないハンドキャリヤ治具により上下方向よりクランプして、その状態を保持したまま正面より内外周面加工機本体１へ搬入し、上部スピンドル１０ａ及び下部スピンドル１１ａのクランプヘッド１０ｆ，１１ｆの間にセットする。
【００４６】
そしてこの状態で油圧シリンダ１２の油圧室１２ｂに油圧を供給して、ピストン１２ａとともに上部スピンドル１０ａを下降させ、上部スピンドル１０ａのクランプヘッド１０ｆと、下部スピンドル１１ａのクランプヘッド１１ｆの間で、ワーク１６の中心線が上下スピンドル１０ａ，１１ａの中心と一致するようにクランプする。
【００４７】
次にこの状態でワーク１６の位相割出しをしたら、Ｃ軸モータ１９によりＣ軸駆動手段１８を介して上下スピンドル１０ａ，１１ａを同期回転させて、ワーク１６を回転させると共に、外周加工手段２４に設けた工具２６をワーク１６の例えば下端側よりワーク１６の外周面を切削加工し、同時に内周加工手段２５の工具３３によりワーク１６の内周面を下端側より切削加工する。
【００４８】
またワーク１６の内外周面は、異なる自由曲線により形成されているため、Ｃ軸の回転に同期させてＸ軸モータ２９及びＵ軸モータ３２を別個にＮＣ制御してワーク１６の内外周面を加工すると共に、加工の進行とともにＺ軸モータ４によりＺ軸スライド２を下降させて、ワーク１６の全長に亘って内外周を同時に切削加工するもので、ワーク１６の内周加工中に発生した切粉は下部スピンドル１１ａ内を通って下方へ落下するため、切粉がワーク１６内に停滞することがなく、これによって切粉により加工面が損傷されたり、ワーク１６と工具３３の間に切粉が噛み込んで、工具が破損したり、工具寿命が早期に低下することがないと共に、これらの原因で加工精度が低下するなどの心配もない。
【００４９】
以上のようにしてワーク１６の内外周面の加工が完了したら、Ｕ軸モータ２９及びＵ軸モータ３２によりＸ軸スライド２及びＵ軸スライド２５ａを元の位置まで後退させ、またＺ軸モータ４によりＺ軸スライド２を元の位置まで上昇させた後、ワーク１６のクランプを解放せずにその位置で切割り加工機本体４１によりワーク１６の切割り加工を行う。
切割り加工に当っては、まずワーク１６の切割り位置をＣ軸モータ１９によりワーク１６を回転させて割り出すが、ワーク１６の回転中心（Ｃ軸Ｏ2 ）を切割り中心Ｏ1 としてワーク１６を切割りすると、カッタの厚みｔによって切割りの完了したワーク１６の径を縮小して切割り面を当接させても、図１２の（イ）に示すように突き合せ面に口開きが発生して、図１２の（ロ）に示すような所期のピストンリングが得られない。
【００５０】
これを防止するためには、Ｃ軸中心Ｏ2 に対して切割り中心Ｏ1 をεだけずらして切割り加工する必要がある。
そこでこの発明の実施の形態では、Ｃ軸中心Ｏ2 に対して切割り中心Ｏ1 をεだけずらした分、カッタ４７をＷ軸方向へ±δ°だけ移動させてワーク１６の切割り加工を行うようにしたもので、これによって得られたワーク１６の切割り面を突き合せた場合に、図１２の（ロ）に示すように突き合せ面に口開きが発生することのないピストンリングが得られるようになる。
【００５１】
次にその方法を説明すると、ワーク１６の内外周面の加工が完了すると、ＮＣ装置からの指令によりＣ軸モータ１９によりＣ軸Ｏ2 を中心にワーク１６が回転されて、はじめの切割り位置（＋α／２°＋δ°）が割り出されると共に、Ｗ軸モータ４８によりねじ軸４３ｃが回転されて、Ｗ軸スライド４３ｂがＷ軸方向へ＋δ°分だけ移動され、はじめの切割り位置にカッタ４７がセットされる。
【００５２】
次にスピンドルモータ５０によりカッタ４７が回転されながら、Ｖ軸モータ４６によりねじ軸４４ｂが回転されて、スピンドルヘッド４５が図１０に示す位置まで前進され、この状態でＺ軸モータ４によりＺ軸スライド２がＺ軸方向へ下降されて、回転するカッタ４７によりワーク１６の下端側より上端側へ順次切割り加工が開始される。
【００５３】
そしてカッタ４７がワーク１６の上端付近に達して、ワーク１６のはじめの切割り位置の切割り加工が終了すると、Ｖ軸モータ４６によりねじ軸４４ｂが逆転されてスピンドルヘッド４５が元の位置まで後退されると共に、Ｚ軸モータ４によりＺ軸スライド２も元の位置まで上昇される。
【００５４】
そしてこの状態で、Ｃ軸モータ１９によりＣ軸Ｏ2 を中心にワーク１６が回転されて、次の切割り位置（−α／２°＋δ°）が割り出されると共に、Ｗ軸モータ４８によりねじ軸４３ｃが逆転されて、Ｗ軸スライド４３ｂがＷ軸方向へ−δ°分だけ移動され、次の切割り位置にカッタ４７がセットされる。
【００５５】
そしてはじめの切割り加工と同様にスピンドルモータ５０によりカッタ４７が回転されながら、Ｖ軸モータ４６によりねじ軸４４ｂが回転されて、スピンドルヘッド４５が図１０に示す位置まで前進され、この状態でＺ軸モータ４によりＺ軸スライド２がＺ軸方向へ下降されて、回転するカッタ４７によりワーク１６の下端側より上端側へ順次切割り加工が開始される。
【００５６】
そしてカッタ４７がワーク１６の上端付近に達して、ワーク１６の次の切割り位置の切割り加工が終了すると、Ｖ軸モータ４６によりねじ軸４４ｂが逆転されてスピンドルヘッド４５が元の位置まで後退されると共に、Ｚ軸モータ４によりＺ軸スライド２も元の位置まで上昇される。
【００５７】
また内外周面加工機本体１及び切割り加工機本体４１の前方にワーク搬入出手段を設置することにより、ワーク１６の搬入から、ワーク内外周面の加工、ワーク１６の切割り加工及び切割りの完了したワーク１６の搬出を全て自動で行えるようになるため、生産性の大幅な向上が図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態になるピストンリングの複合加工装置を示す正面図である。
【図２】この発明の実施の形態になる複合加工装置の平面図である。
【図３】この発明の実施の形態になる複合加工装置のＣ軸及びＺ軸駆動手段の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態になる複合加工装置のワーク支持手段の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態になる内外周面加工機本体の外周加工手段の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態になる内外周面加工機本体の内周加工手段の側面図である。
【図７】この発明の実施の形態になる内外周面加工機本体の内周加工手段の平面図である。
【図８】図６のＡ方向からの矢視図である。
【図９】この発明の実施の形態になる切割り加工機本体の側面図である。
【図１０】この発明の実施の形態になる切割り加工機本体の平面図である。
【図１１】Ｃ軸中心と切割り中心を一致させて切割り加工する場合と、Ｃ軸中心に対して切割り中心をずらして切割り加工する場合の作用を示す説明図である。
【図１２】（イ）Ｃ軸中心と切割り中心を一致させて切割りしたワークの説明図である。
（ロ）Ｃ軸中心に対して切割り中心をずらして切割りしたワークの説明図である。
【符号の説明】
１…内外周面加工機本体
１ａ…ヘッド
１ｂ…コラム
１ｃ…ガイドレール
２…Ｚ軸スライド
３…Ｚ軸駆動手段
４…Ｚ軸モータ
５…ねじ軸
１０…上部ワーク支持手段
１０ａ…上部スピンドル
１０ｂ…リング
１０ｃ…固定軸
１０ｄ…ばね座
１０ｅ…圧縮ばね
１０ｆ…上部クランプヘッド
１１…下部ワーク支持手段
１１ａ…下部スピンドル
１１ｆ…下部クランプヘッド
１１ｇ…リング
１２…油圧シリンダ
１２ａ…ピストン
１２ｂ…油圧室
１３…軸受け
１４…スラスト軸受け
１６…ワーク
１８…Ｃ軸駆動手段
１８ａ…ギヤ列
１８ｂ…従動ギヤ
１８ｃ…駆動軸
１８ｄ…駆動ギヤ
１８ｅ…中間ギヤ
１９…Ｃ軸モータ
２０…減速機
２０ａ…入力軸
２０ｂ…フライホイール
２０ｃ…出力軸
２１…軸受け
２２…スラスト軸受け
２４…外周加工手段
２４ａ…ガイド部材
２４ｂ…ボールスプライン
２４ｃ…工具支持部材
２５…内周加工手段
２５ａ…Ｕ軸スライド
２５ｂ…ボーリングバー
２６…工具
２７…ねじ軸
２４ａ…ナット部材
２８…ブラケット
２９…Ｘ軸モータ
３１…ガイドレール
３２…Ｕ軸モータ
３３…工具
３４…Ｕ軸原点検出手段
３５…スライド位置検出手段
４１…切割り加工機本体
４２…支持部材
４３…Ｗ軸駆動手段
４３ａ…Ｗ軸スライド
４３ｂ…ガイドレール
４３ｃ…ねじ軸
４３ｄ…ナット部材
４３ｅ…支持板
４４…Ｖ軸駆動手段
４４ａ…ガイドレール
４４ｂ…ねじ軸
４３ｃ…ナット部材
４５…スピンドルヘッド
４５ａ，ｂ…分岐点
４５ｃ…スピンドル
４６…Ｖ軸モータ
４７…カッタ
４９…動力伝達手段
５０…スピンドルモータ
５０ａ…回転軸
５２…クーラントノズル
５４…チップコンベヤ
５５…クーラントタンク
Claims (1)
- Ｃ軸を中心に回転されるワーク１６の内外周面を、ＮＣ装置５３により同期制御される外周加工手段２４と内周加工手段２５により同時に加工する内外周面加工機本体１と、内外周面加工機本体１により内外周面が加工されたワーク１６をその位置で１個の回転するカッタ４７により複数回に分けて切割り加工する切割り加工機本体４１とを具備し、
上記内外周面加工機本体１を、軸心をほぼ垂直にしたワーク１６を上下方向から回転自在にクランプするワーク支持手段１０，１１と、上記ワーク支持手段１０，１１を介してワーク１６を回転させるＣ軸駆動手段１８と、ワーク１６の軸心と直交するＸ軸方向に移動自在に設けられ、かつ工具２６によりワーク１６の外周面を加工する外周加工手段２４と、上記Ｘ軸と平行するＵ軸方向に移動自在に設けられ、かつ上記ワーク１６の端部側より挿入された工具３３によりワーク１６の内周面を加工する内周加工手段２５と、上記ワーク１６を軸心方向へ移動させるＺ軸駆動手段３とより構成し、
上記切割り加工機本体４１を、上記内外周面加工機本体１のワーク支持手段１０，１１でワーク１６をクランプし、Ｃ軸駆動手段１８でワーク１６を回転させることにより切割り位置を割り出すことができ、上記内外周面加工機本体１のＺ軸駆動手段３で上記ワーク１６を軸心方向へ移動でき、Ｗ軸モータ４４により上記ワーク１６の軸心と直交するＷ軸方向へＷ軸スライド４３ａを移動させることにより、Ｃ軸中心と切割り中心のずれによる切割り位置のずれを補正するＷ軸駆動手段４３と、上記Ｗ軸スライド４３ａ上に設けられ、かつＶ軸モータ４６によりワーク１６の接離方向（Ｖ軸方向）へ進退自在なスピンドルヘッド４５と、上記スピンドルヘッド４５に設けられ、かつスピンドルモータ５０により回転されて、上記ワーク１６を切割り加工するカッタ４７とより構成してなることを特徴とするピストンリングの複合加工装置。
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